KR100219921B1 - 이축배향 폴리에스테르 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 활제로서 구형 실리카-마그네슘 화합물 입자를 사용하여 필름의 표면특성성, 투명성 및 고속주행성이 개선된 이축배향 폴리에스테르 필름에 관한 것으로, SiO₂40 - 99 중량%와 MgO 1 - 59 중량%를 포함하는 구형 실리카-마그네슘 화합물 입자로서, 평균입경 0.01 - 1.5 ㎛의 입자(A)와 평균입경 1.6 - 5 ㎛의 입자(B)를 각각 0.01 - 5 중량% 함유하는 것을 특징으로 한다.

Description

이축배향 폴리에스테르 필름

본 발명은 폴리에스테르 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리에스테르에 첨가되는 활제로서 구형 실리카-마그네슘 화합물 입자를 사용하여 필름의 표면특성, 투명성 및 고속주행성이 개선된 이축배향 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.

폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, 이하 'PET')로 대표되는 폴리에스테르 필름은 안정한 화학구조를 가지고 있어서 기계적 강도가 높고 내열성, 내구성, 내약품성 등이 우수하여, 콘덴서, 의료용, 산업용, 포장용, 사진필름용, 라벨용은 물론 자기기록매체의 기재 등 많은 용도로 사용되고 있다.

이러한 폴리에스테르로 제조된 필름에 주행성, 가공성 및 표면특성을 부여하기 위해 활제로서 탄산칼슘, 실리카, 카올린 등의 무기물을 투입하여 폴리에스테르 표면에 요철을 형성시킨다.

폴리에스테르 필름의 투명성을 개선하기 위해 일본 특개평 04-298539 호에서는 다공질 침강 실리카를 사용하여 필름의 표면성을 부여하고 투명성을 개선하는 방법을 제안한 바 있다.

그러나, 이러한 다공질 침강 실리카는 폴리에스테르 필름의 투명성 조절 효과는 뛰어나나 입자 자체의 빛 굴절율(n)이 1.45로서 필름의 굴절율(Z방향 n=1.57)과 차이가 있어 필름의 권취를 원활히 하기 위한 다량의 활제를 첨가할 경우 산란되는 빛이 많아져서 필름의 투명성이 저하된다는 문제가 있다.

이에 본 발명자들은 상기의 문제점을 해결하고 고투명성을 유지할 수 있는 폴리에스테르 필름을 제조하기 위해 계속 연구한 결과, 상이한 평균입경을 갖는 구형 실리카-마그네슘 입자들을 활제로 사용하면 다공질 침강 실리카보다 필름과 유사한 굴절율을 가져 필름의 고투명성을 유지하면서 표면특성 조절 성능 및 고속주행성이 우수함을 알아 내어 본 발명의 완성에 이르게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 표면특성, 투명성 및 고속주행성이 우수하여 고투명성 필름으로 사용하기에 적합한 이축배향 폴리에스테르 필름을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 SiO₂40 - 99 중량%와 MgO 1 - 59 중량%를 포함하는 구형 실리카-마그네슘 입자로서, 평균입경 0.01 - 1.5 ㎛의 입자(A)와 평균입경 1.6 - 5 ㎛의 입자(B)를 폴리에스테르 수지에 각각 0.01 - 5 중량%가 되도록 첨가하여 제조된 이축배향 폴리에스테르 필름을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 폴리에스테르는 디메틸테레프탈레이트와 에틸렌글리콜을 중축합 반응시켜 얻어지며, 반복단위의 80 몰% 이상이 에틸렌테레프탈레이트로 된 것으로, 다른 공중합 성분으로는 이소프탈산, 파라-베타옥시에톡시안식향산, 2,6-나프탈렌 디카르복실산, 4,4'-디카르복실디페닐, 4,4'-디카르복실벤조페논, 비스(4-카르복실디페닐)에탄, 아디프산, 세파신산, 5-나트륨 설포이소프탈산 등의 디카르복실산 성분, 프로필렌글리콜, 부탄디올, 네오펜틸글리콜, 디에틸렌글리콜, 시클로헥산 디메탄올, 파라옥시안식향산 등의 옥시카르복실산 성분 등을 임의로 선택 사용하는 것이 가능하다.

본 발명에서 폴리에스테르 중축합 반응시 활제로 첨가되는 구형 실리카-마그네슘 화합물은 입자의 굴절율이 폴리에스테르 필름과 보다 유사한 범위인 1.49 - 1.59가 되는 조성비를 갖는다. 상기 구형 실리카-마그네슘 화합물의 조성은 40 - 99 중량%의 SiO₂, 1 - 59 중량%의 MgO 및 기타 미량성분을 포함한다. 미량성분은 0.1 - 1 중량%의 Na₂O일 수 있다. SiO₂40 - 70 중량%와 MgO 20 - 35 중량%의 조성이 더욱 바람직하다.

평균입경 0.01 - 1.5 ㎛의 상기 구형 실리카-마그네슘 입자(A)는 주행성 및 투명성의 조절을 위해서는 0.05 - 1.0 ㎛ 범위의 크기를 갖는 것이 더욱 바람직하다.

상기 구형 실리카-마그네슘 입자(A)의 첨가량은 폴리에스테르 수지에 대해 0.01 - 5 중량%, 바람직하게는 0.01 - 2 중량%이다.

평균입경 0.6 - 5 ㎛의 상기 구형 실리카-마그네슘 입자(B)는 주행성 및 투명성의 조절을 위해서는 1.6 - 3 ㎛ 범위의 크기를 갖는 것이 더욱 바람직하다.

상기 구형 실리카-마그네슘 입자(B)의 첨가량은 0.01 - 5 중량%, 바람직하게는 0.01 - 0.5 중량%이다.

본 발명의 폴리에스테르 제조방법은 에스테르교환법 및 직접 중합법 중 어느 방법을 사용하여도 무방하며, 회분식 및 연속식의 어느 것도 사용 가능하다.

에스테르교환법으로 실시하는 경우에는 에스테르 교환촉매에 대한 제한은 특별히 없으며, 종래의 공지된 것이면 가능하다. 예를 들면 나트륨, 칼륨 등의 알칼리 금속 화합물, 마그네슘, 칼슘, 바륨 등의 알칼리 토금속 화합물, 지르코늄 화합물, 코발트 화합물, 아연 화합물, 망간 화합물 등 반응계 내에서 가용성인 것을 사용하면 무방하다.

중합 촉매 또한 제한을 받지 않으나, 안티몬 화합물, 게르마늄 화합물, 티타늄 화합물 중에서 적당히 선택하여 사용하는 것이 좋다.

상기와 같은 첨가제들을 포함한 분자량 2만 내외의 폴리에스테르를 티이-다이법 등에 의해 미연신 시트로 용융압출시킨 후 이축 연신하여 이축배향된 폴리에스테르 필름을 제조한다.

연신법은 통상의 폴리에스테르의 연신과 동일하며, 상기 첨가물에 의한 공정의 변화는 없다. 연신온도는 60 내지 150 ℃ 이고, 연신배율은 종방향 및 횡방향 각각 2.5 내지 6.0 배인 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 제조된 폴리에스테르 필름은 용도에 따라 적절한 두께의 설계가 가능하나 통상적으로는 2.0 내지 200 ㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서 제조된 필름의 각종 성능평가는 다음방법으로 실시하였다.

(1) 입자의 평균입경

시마쥬사(일본)의 원심분리 입도측정기를 이용하여, 에틸렌글리콜 슬러리를 측정한 체적 평균입경이다.

(2) 분자량

워터스사의 분자량 측정장치를 이용하여 1 ㎖/분의 유속에서 이동상으로 메타-크레졸을 사용하고 컬럼 온도는 100 ℃로하여 폴리머의 분자량을 측정하였다.

(3) 표면의 평활성

코사카 연구소(일본)의 표면조도계를 사용하여 길이가 30 ㎜, 폭 20 ㎜, 두께 50 ㎛의 필름에 대해 접촉식으로 그 표면조도를 측정하였다.

중심선 평균조도 (Ra) : 조도곡선의 평균선에 평행인 직선을 그었을 때 그 직선이 양쪽 면적이 똑같아지는 직선의 높이를 말한다.

중심선 최대높이 (Rt) : 측정구간중에서 최대 높이와 최저 깊이간의 거리를 말한다.

평균조도 및 최대높이는 낮을 수록 평활성이 우수하며 응집성이 양호하다.

(4) 투명성

가드너 실험소(미국)의 헤이즈 측정기(L-211)를 이용하여, 필름의 가로, 세로를 5 ㎝ x 5 ㎝로 자른 후 헤이즈 측정기로 측정시 주사광과 산란된 광의 정도의 비를 측정하여 하기 기준에 따라 투명성을 평가한다.

◎ : 헤이즈값이 1 이하일 경우

○ : 헤이즈값이 1.0 헤이즈 ≤1.2일 경우

△ : 헤이즈값이 1.2 헤이즈 ≤1.4 일 경우

× : 헤이즈값이 1.4를 초과할 경우

(5) 고속주행성

요코하마 시스템 연구소(일본)의 테이프 주행성 시험기를 이용하여, 필름을 1/2 인치 폭으로 슬리팅한 테이프를 20 ℃ 및 60 %의 상대습도에서 주행시킨 다음 하기 식을 이용하여 먼저 초기 주행 마찰계수 μk를 구한다.

μk = 0.733 log(T_out/T_in)

상기에서 T_in은 시험기의 입구장력이고, T_out은 출구장력이다.

가이드핀을 테이프 주행 방향 또는 역방향으로 회전시킨 후, 필름의 권취부분의 각을 180°로 고정하고 50 ㎝/초의 주행속도 및 300 g의 주행장력에서 주행마찰계수를 측정하여 하기 기준에 따라 고속주행성을 평가한다.

◎ (우수) : μk ≤ 0.10

○ (양호): 0.10 μk 0.2

△ (보통): μk = 0.20

× (불량): μk 0.20

실시예 1 내지 3

통상의 방법으로 중축합 반응에 의해 폴리에스테르를 제조함에 있어서, 구형 실리카-마그네슘 입자(A)와 (B)를 표 1에 나타낸 바와 같은 입경 및 첨가량으로 혼합 투입하여 분자량 2만 내외의 폴리머를 만들었다.

상기의 폴리머를 용융압출하여 통상의 방법으로 미연신 시트를 만들고, 90 ℃에서 종방향 3.0 배 및 횡방향 3.0 배로 연신하여 20 ㎛ 두께의 이축연신 필름을 만들어 성능평가를 하였다. 필름의 성능평가 결과는 표 1에 나타내었다.

비교예 1 내지 6

활제로서 구형 실리카-마그네슘 입자 대신 다공성 침강 실리카 [독일 데구사(Degussa)사의 에어로질 5X-50], 실리카겔 [후지실리시아(Fujisilysia)사의 실리시아류 제품] 또는 구상 실리카 [일본 일산(日産)화학사의 스노우텍스(Snowtex)류 제품] 를 표 1에 나타낸 바와 같이 투입하는 것을 제외하고는 실시예 1 내지 3과 동일한 방법으로 폴리에스테르 필름을 제조하여 성능 평가하였다. 그 결과는 표 1에 나타내었다.

	첨가제	성능 평가
	분자량	표면 평활성	투명성	고속 주행성
	종류	평균입경(㎛)			투입량(%)	수평균 분자량(Mn)	중심선 평균조도(Ra, ㎛)	중심선 최대높이(Rt)
실시예			1	실리카-마그네슘/실리카-마그네슘*		0.5/2	0.35/0.1	19,600	0.031	0.325	◎	◎
	2	실리카-마그네슘/실리카-마그네슘**	1.0/2	0.25/0.08	20,800	0.046	0.523	◎	◎
	3	실리카-마그네슘/실리카-마그네슘*	1.0/3	0.15/0.05	19,900	0.051	0.555	◎	◎
비교예	1	다공성 침강 실리카	0.5	0.14	21,700	0.021	0.278	○	△
	2	다공성 침강 실리카	1.5	0.10	18,900	0.041	0.500	○	△
	3	다공성 침강 실리카	1.7	0.08	19,100	0.055	0.598	○	△
	4	실리카겔	1.5	0.13	19,100	0.060	0.625	×	△
	5	실리카겔	1.8	0.09	18,900	0.066	0.712	×	△
	6	구상 실리카	0.5	0.14	18,200	0.022	0.255	○	○

◎ : 우수, ○ : 양호, △ : 보통, × : 불량

* 실리카 마그네슘 굴절율 : 1.49

** 실리카 마그네슘 굴절율 : 1.54

본 발명에 따라 제조된 폴리에스테르 필름은 표면특성, 투명성 및 고속주행성이 우수하여 고투명성 필름으로 사용되기에 적합하다.

Claims (3)

1. SiO₂40 - 99 중량%와 MgO 1 - 59 중량%를 포함하는 구형 실리카-마그네슘 화합물 입자로서, 평균입경 0.01 - 1.5 ㎛의 입자(A)와 평균입경 1.6 - 5 ㎛의 입자(B)를 폴리에스테르 수지에 각각 0.01 - 5 중량로 첨가하여 제조된 이축배향 폴리에스테르 필름.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 구형 실리카-마그네슘 화합물 입자의 굴절율이 1.49 - 1.59인 것을 특징으로 하는 필름.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 구형 실리카-마그네슘 화합물 입자의 조성이 SiO₂40 - 70 중량%와 MgO 20 - 35 중량%인 것을 특징으로 하는 필름.